工程测试 第二章 动态测试技术的基础知识-1

1 x (t ) sin(ns t ) n 1 n
基波（1次谐波）
4

2 s 2f s T
3次谐波 5次谐波 7次谐波 ……
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1次谐波 · 1、3、5次谐波 1、3、5·· ·、19次谐波 1、3次谐波 · 、39次谐波 1、3、5、·· 1、3、5、···· ·· · 、199次谐波 · 1、3、5、··、1999次谐波
●1、作比较的标准必须是精确已知 的，得到公认的； ●2、进行比较的测量系统必须工作 稳定，经得起检验。
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第二章 测试技术的基础知识
2 测试
测 试 的 概 念 在 国 家 计 量 标 准 —— JJF1001-1998中没有定义。
5 信息与通信工程学院
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第二章 测试技术的基础知识
特征：
1）测量的定义
为确定被测对象的量值而进行的实验过程称为 测量。 2）测量的最基本形式 比较——将待测的未知量和予定的标准作比较。 3）量值 由测量所得到的被测对象的量值表示为数值和 计量单位的乘积。 4） 测量的分类 直接测量和间接测量。
0
-10
x1(t)=A1Sin(ω1t+θ1) =A1Sin(2πƒ1t+θ1) =10Sin(2π·3·t+π/6)
mm mm
x2(t)=A2Sin(ω2t+θ2) =A2Sin(2πƒ 2t+θ2) =5Sin(2π·2·t+π/3)
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mm
= +
0
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第二章 测试技术的基础知识
瞬态信号:在有限时间段内存在，或随着时间的增加而幅值 衰减至零的信号。
k xt e x0 sin t 0 m
t
o
x(t )
m
k
0
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第二章 测试技术的基础知识
测量______就是把待测量直接或间接地与 同类已知量相比较。把这个已知量作为计量 作单位，定出被测量是单位量的倍数。或者
说，求出被测量与计量单位的比值。
测量： 被测量 比较 基准量 倍数（结果） 单位
测试（measurement and test）是测量与试 验的概括，是人们借助于一定的装置，获取被 测对象有相关信息的过程。
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第二章 测试技术的基础知识
测试包含两方面的含义：一是测量，指 的是使用测试装置通过实验来获取被测 量的量值；二是试验，指的是在获取测 量量值的基础上，借助于人、计算机或 一些数据分析与处理系统，从被测量中 提取被测量对象的有关信息。
测试系统：对被测对象进行测试的全部配套仪器设备的总称。 测试技术：研究如何对被测试对象进行测试的实施方案。
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第二章 测试技术的基础知识
“检测/测试”是测量，“计量”也是测量，两者 有什么区别呢？ 一般说来，“计量”是指用精度等级更高的标准 量具、器具或标准仪器，对被测样品、样机进行考核 性质的测量；这种测量，通常具有非实时及离线和标 定的性质，一般在规定的具有良好环境条件的计量室、 实验室采用比对被测样品、样机、更高精度并按有关 计量法规经定期校准的标准量具、器具或标准仪器进 行。 而“检测/测试”通常是指在生产、实验等现场， 利用某种合适的检测仪器或综合测试系统对被测对象 进行在线、连续的测量。
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第二章 测试技术的基础知识
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第二章 动态测试技术的基础知识-1
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第二章 测试技术的基础知识
第二章 动态测试技术的基础知识
§2-1 工程测试常用术语及概念 §2-2 信号的分类 §2-3 测试系统的输入与输出 §2-4 测量误差及其分析 §2-5 测试系统的基本特性 §2-6 实现不失真测试的条件 §2-7 测试系统动态特性的测试 §2-8 测试系统设计的原则和方法 （基本要求：熟练掌握和理解课程讲授内容）
-5 -10 5 0 0.5 1
第二章 测试技术的基础知识
1.5 (a) 2 2.5 3t
一般周期信号: 由多个乃至无穷多个频率成分叠加而成， 叠加后存在公共周期的信号
mm
0
-5
0
0.5
1
(b)1.5
2
2.5
3t
x3(t)=10Sin(2π·3·t+π/6) +5Sin(2π·2·t+π/3)
10
mm
一、信号分类与描述 二、信号的时域分析 三、信号的幅值域分析
四、信号分析与处理
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第二章 测试技术的基础知识
一 信号的分类与描述
为深入了解信号的物理实质，研究信号的分类是非常必 要的，从不同角度观察信号：
1 按信号随时间的变化特征分类 ——确定性信号与非确定性信号； ▼ 2 按信号幅值随时间变化的连续性分类 ——连续信号与离散信号； 3 按信号的能量特征分类 ——能量信号与功率信号； 4 从分析域上分类 ——时域信号与频域信号；
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第二章 测试技术的基础知识
信号波形：被测信号信号幅度随时间的变化历程称为信号 的波形。 信号波形图：用被测物理量的强度作为纵坐标，用时间 做横坐标，记录被测物理量随时间的变化情况。
振动弦(声源)
声级计
记录仪
A
0
t
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第二章 测试技术的基础知识
间接测量
被测量是通过与直接测量的量确定的函数关系求得的。 利用仪器仪表——统称之为测量系统——把原始形态的待 测物理量的变化变换成与之保持已知函数关系（通常是线 性关系）的另一种物理量的变化，并以人的感官所能接受 的形式（通常是位置的变化），在测量系统的输出端显示 出来。
▲
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第二章 测试技术的基础知识
b) 非周期信号：再不会重复出现的信号。
▲
准周期信号:由多个周期信号合成，其中至少有一对频率 比不是有理数。
x(t ) A1 sin( 2t 1 ) A2 sin(3t 2 )
0.5
1
1.5 (c)
2
2.5
3t
=
10
10 5 5 0
-5 0 0.5 1 1.5 (a) 2 2.5 3t
-10 -5 0
Hale Waihona Puke -10 500.5
1
+
1.5
2
2.5
3t
0
-5
0
0.5
1
1.5 (b)
2
2.5
3t
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第二章 测试技术的基础知识
信号展开的意义：
x(t)是以T为周期的方波函数，则其付立叶级数表示为：
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第二章 测试技术的基础知识
二、标定
在专用(或通用)的设备上，将测试系统的输 出量与相同条件下的某一标准输出量进行比较， 而给予数量概念的工作过程。或者说通过试验建 立测试系统的输入量与输出量之间的关系。
标定分静态标定和动态标定:
▼
▼ ▼
信号
非确定 性信号
非周期信号 瞬态信号 平稳随机信号
非平稳随机信号
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第二章 测试技术的基础知识
a) 周期信号：按一定时间间隔周而复始出现的信号 x ( t ) = x ( t + nT )
简单周期信号
一般周期信号
特点：
被测物体量不能用现有仪表直接测量得到，需通过数学 关系计算得到。 如：y=f(x1,x2,x3)，欲测量y,首先测量x1,x2,x3,才能得 到y。
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第二章 测试技术的基础知识
例： ⊙水银温度计测体温 ⊙弹簧测物体的重量 ⊙用线圈靶测弹丸速度； ⊙测运动物体的动能。
静态标定：确定测试系统的静态特性指标，如线性度、灵 敏度、精度、迟滞性和重复性等。
动态标定：确定测试系统的动态特性参数，如时间常数、 上升时间或工作频率、通频带等。
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§2-2 信号的分类、分析及处理
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直接测量
被测量与计量单位直接进行比较。即无需经过 函数关系的计算，直接通过测量仪器得到被测量值 的测量为直接测量。
例： ⊙ 天平测物体质量 ⊙ 用米尺测量物体长度 ⊙ 测量导体的电阻
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第二章 测试技术的基础知识
§2—1 测试技术常用术语及概念
一、测量与测试
1 测量
国家计 量标准-JJF1001-1998定义: 测量——是以确定被测物属性量值为目的的一组 操作，即为确定被测对象的量值而进行的实验过 程。
静态测量与动态测量
如果测试时信号不随时间变化，或随时间变化 非常缓慢以至于可以忽略，则称这种测试是静态测 量。
如果所测试的信号变化较快，称这种测试为动 态测量。
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第二章 测试技术的基础知识
要使测量具有普遍的科学性，则：
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例如：确定某人的身高
通常采用标准长度的米尺(一个预定标准)对其进行测 量，通过被测量与预定标准之间的定量比较，从而得到此 人实际的身高(被测对象的数值结果)。
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工程测试及系统设计第二章测试技术的基础知识工程测试及系统设计第二章第二章动态测试技术的基础知识动态测试技术的基础知识11第章第章动态测试技术的基础知识动态测试技术的基础知识信息与通信工程学院northuniversityofchina中北大学信息与通信工程学院工程测试及系统设计第二章测试技术的基础知识第二章动态测试技术的基础知识21工程测试常用术语及概念22信号的分类23测试系统的输入与输出24测量误差及其分析测量误差及其分析25测试系统的基本特性26实现不失真测试的条件27测试系统动态特性的测试28测试系统设计的原则和方法基本要求
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第二章 测试技术的基础知识
1. 确定性信号与非确定性信号
确定性信号：可用明确数学关系式描述的信号。 非确定性信号：不能用数学关系式描述的信号。
简单周期信号 周期信号 确定性 信号
▼
▼
一般周期信号
准周期信号
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c)非确定性信号：不能用数学式描述，其幅值、相位变化 不可预知，所描述物理现象是一种随机过程。
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第二章 测试技术的基础知识
简单周期信号： 频率单一的正弦或余弦信号。
谐波信号
o
x(t )
m
信号的 “波形”
k
k xt X 0 sin t 0 m
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第二章 测试技术的基础知识
机械系统中，回转体不平衡引起的振动，往往也是一 种周期性运动。例如，下图是某钢厂减速机上测得的 振动信号波形(测点3)，也可以近似地看作为周期信号。
▲
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第二章 测试技术的基础知识
F (t )
V (t )
0
t
0
T'
t
(a)锤击物体的力信号
(b)T’段为汽车加速过程信号
x(t )
W (t )
▲
0
t
0
t
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(c)半个正弦信号
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(d)矩形窗信号
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以T为周期的方波的正弦谐波叠加图形演示：
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x(t )
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A
x(t ) A
...
T 0 2
...
0
T0 2
...
t
T0 2
...
0
-A
T0 2
t
周期性三角波
周期性方波